Holistisches Konzept

Ein ganzheitliches Konzept zur Unterstützung bei der Ausbildung von Programmieranfängern in großen Gruppen

Beim "Holistischen Konzept" handelt sich um ein Blended Learning -Konzept für die Ausbildung von Java -Programmieranfängern im universitären Umfeld. Präsenzphasen sind kombiniert mit online angebotenen Diensten zu Vor- und Nachbereitung sowie für Abschlussklausuren. Das Lehrangebot ist beispielhaft für einen online-offline-Mix, der gezielt darauf ausgerichtet ist, in einer Massenvorlesung stärker auf die Bedürfnisse der Studierenden bezüglich individueller Betreuung und zeitnaher Rückmeldung (Korrektur) einzugehen.

Ziele und Inhalte

Das Erlernen und Verständnis einer Programmiersprache muss ihren aktiven Gebrauch mit einschließen. Die Verständniskompetenzen "Programme lesen", "Programme verstehen", "Programme schreiben" können nur durch aktives Nachbearbeiten des Lehrstoffs erworben werden. Eine zeitnahe Rückmeldung mit Korrekturen und Verbesserungsvorschlägen ist unerlässlich. Unterschiedliche Lernstrategien sind zu berücksichtigen. Java-Programmierung gehört zur Ausbildung in Studienfächern wie Wirtschaftsinformatik, Wirtschaftsingenieurwesen, Technische Volkswirtschaftslehre und Vertriebsingenieurwesen.

Didaktisches Konzept

Parallel zur Vorlesung steht im Rahmen der Lernplattform "ILIAS " ein Webkurs mit multimedial aufbereiteten Lernmodulen zur Verfügung, die freie Navigation und ein eigenes Lerntempo erlauben. Darin sind Beispiel-Quelltexte enthalten, deren unmittelbare Ausführung als Animation dargestellt wird. Bei Veränderungen des Programms durch die Lernenden passt sich die Ausführung bzw. deren grafische Darstellung automatisch an. Durch alle Kapitel zieht sich ein Leitbeispiel (Entwicklung einer Vereinsdatenbank).

Das Online-Angebot wird in jedem Lernabschnitt durch einen Self-Assessment-Test in Form von selbständig zu lösenden Programmieraufgaben ergänzt. Deren Lösungen können – als Alternative zu einer Tutorenbetreuung – auch über das Internet zur Korrektur eingeschickt werden. Die Korrekturen erfolgen automatisch (über Quelltext-Transformation), individuell und verweisen auf die entsprechenden Kursabschnitte. Auch Abschlussklausuren werden am Rechner durchgeführt und automatisch korrigiert.

Weiter verfügbar sind Begleitbücher zum Grundkurs Java-Programmierung, mit ergänzenden Hinweisen, Beispielprogrammen und Musterlösungen auf der Website des Kurses.




Abb.: Beispiel zur Java-Programmierung

Vielfältige vertiefende Hinweise zur Gestaltung von CBT und WBT, insbesondere zu Aspekten wie Interaktivität, Navigation  finden Sie in der Rubrik Didaktisches Design. Die Medientechnik bietet weitere Informationen zu Online-Prüfungen.

Curriculare Verankerung

Das Lernsystem wird für die Java-Programmierausbildung in verschiedenen Studiengängen mehrerer Karlsruher Hochschulen eingesetzt und ist fest in das Curriculum integriert. Auch einige verpflichtende Übungsaufgaben werden hierüber abgewickelt. Es wurden bereits mehrere Abschlussklausuren (450 Teilnehmende) erfolgreich damit durchgeführt.

Technik

Zugang

Im öffentlichen Bereich kann nur auf einige Dokumente und Beispiele zugegriffen werden. Der weitergehende Zugang erfordert eine Anmeldung. Die ausführliche Beschreibung der Begleitbücher, Hinweise, Beispielprogramme und Musterlösungen sind im öffentlichen Teil zugänglich. Videosequenzen zum Aufbau des Lernsystems und zur Demonstration der Bearbeitung einzelner Themen sind auf Nachfrage verfügbar.

Benötigte Software

Für den Zugang zu ILIAS (auf einem Server der Hochschule) und die Bearbeitung der Aufgaben brauchen die Studierenden außer einem aktuellen Browser und der aktuellen JAVA -Plattform (J2SE 5.0) keine zusätzliche Software zu installieren. Für Autoren, Tutoren und Kursbetreuer wird zusätzliche Software auf einer CD bereitgestellt.

Entwicklung

Technische Grundlage ist die Open Source -Lernplattform ILIAS. Sie ist in PHP geschrieben und benötigt im Hintergrund eine MySQL -Datenbank und einen Apache -Webserver (= frei verfügbare Technik). Die Ausführungsumgebung für die Beispiel-Programmstücke wurde als Java-Webstart-Anwendung implementiert (Java-Editor mit Hervorhebung der Syntax beim Quelltext, Verknüpfung mit Fehlerdatenbank, lokale Ausführung mit Anzeige in einer "Konsole"). Die animierte Visualisierung von Programmabläufen erfolgt durch Jeliot (eine Entwicklung der Universität Joensuu/Finnland) und Flowlets. Flowlets sind kleine Java- Applets, welche den Daten- oder Kontrollfluss [daher "Flow"] eines Programms visualisieren ["lassen", daher "let"]. Erzeugt durch den FlowletBuilder, werden sie gezielt zur Vermittlung ausgewählter Konzepte eingesetzt. Diese Visualisierungen enthalten ebenfalls kontext-sensitive Verknüpfungen zu weiterführenden Lerninhalten. Um den Korrekturaufwand für Aufgabenlösungen zu reduzieren, wurde ein eigener "Programming Tutor Assistant" (ProTA) entwickelt. Das System für die Abwicklung der Abschlussklausuren beruht auf ILIAS. Die im Zuge der durchgeführten Rechner-Klausuren entstandenen Anpassungen sind zurück in das Open Source-Projekt ILIAS geflossen.

Vertiefende Informationen zu ILIAS, zu Lernmanagement-Systemen und zur Aufbereitung multimedialer Inhalte finden Sie in der Rubrik Medientechnik.

Zielgruppe

Geeignet für Programmieranfänger in Fächern, in denen Java-Programmierung eine Rolle spielt, sowie für Java-Kurse an Schulen.

Rahmenbedingungen

Entstanden ist das Konzept als Ergänzung einer Massenvorlesung (regelmäßig über 500 Studierende), die für sich alleine den Anforderungen an individuelle Betreuung und zeitnahe Rückmeldung nicht gerecht werden kann.

Ergebnisse

Das System ist als Bestandteil der "normalen" Vorlesung in die universitätsweite Vorlesungsevaluation eingeschlossen. Diese und zusätzliche Umfragen belegen die umfangreiche Nutzung durch die Studierenden. Kritikpunkte flossen in die Verbesserung ein.

Zum Projekt

Website

http://ilias.aifb.uni-karlsruhe.de

Institution

Karlsruher Institut für Technologie

Ansprechpartner/in

Roland Küstermann; E-Mail: kuestermann@aifb.uni-karlsruhe.de
Joachim Melcher; E-Mail: melcher@aifb.uni-karlsruhe.de
Detlef Seese; E-Mail: seese@aifb.uni-karlsruhe.de

Institut AIFB (Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren)
Universität Karlsruhe
D-76128 Karlsruhe

Förderung

Eigenentwicklung der Universität Karlsruhe. Finalist des MedidaPrix 2006 (unter den zehn besten Einreichungen).

Beteiligungen und Kooperationen

Das System kommt auch an der FH Karlsruhe und der Berufsakademie Karlsruhe im Lehrbetrieb zum Einsatz. Fachbereichs- und hochschulübergreifende Veranstaltungen und Abschlussklausuren bieten sich an.

Kategorisierung

Lehrfunktion

  • Wissenserarbeitung
  • Üben u. Anwenden
  • Feedback u. Lernerfolgskontrolle

Medieneinsatz

  • Hypertext
  • Simulation
  • CBT / WBT
  • LMS / Lernmanagementsysteme

Fachbereich

  • Informatik
  • Ingenieurswissenschaften
  • Wirtschaftswissenschaften

Lehrszenarien

  • Vorlesung
  • Übung
  • Tutorium
  • Betreuung

Kategorie

  • Lernmaterial(-sammlung)